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矽襯底LED技術有望打破美日專利壟斷
時間:2016-01-25   信息來源:網絡    閱讀次數:480
       2016年1月8日,國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂隆重舉行,由南昌大學、晶能光電(江西)有限公司、中節能晶和照明有限公司共同完成的“矽襯底高光效氮化镓基藍色發光二極管項目”榮獲國家技術發明一等獎。項目主要完成人包括晶能光電聯合創始人、南昌大學副校長江風益教授,晶能光電副總裁孫錢博士,晶能光電聯合創始人、CEO及晶和照明創始人王敏博士等人。
目前,全球LED産業規模呈快速增長之勢,據預測,到2020年全球LED照明市場将達到1000億美元,已形成美國、歐洲、亞洲三足鼎立的産業分布與市場競争格局,其中亞洲以日本、韓國、中國爲主。
        國際上現有三條LED照明技術路線,分别是藍寶石襯底、碳化矽襯底和矽襯底氮化镓基LED技術(以下簡稱矽襯底LED技術)路線。目前,第一條藍寶石LED技術路線是産業界采用的主流技術路線,第二條碳化矽LED技術路線屬“貴族”路線。這兩條技術路線的核心發明專利分别被日、美等國壟斷,對我國LED産業發展形成專利壁壘。
       我國LED照明産業起步較晚,但是發展迅猛。目前全球70%的LED照明産品在中國生産制造,我國LED生産企業數量在2萬家以上,然而銷量卻未與之形成正比。
       “2010年以後,國内開始發展LED産業,市場主流是引進藍寶石襯底技術的方式,但是國外專利體系完備,形成了專利封鎖線,國内産品很難往外面賣,國外産品在國内利潤又很高。”晶能光電(江西)有限公司外研中心副總裁付羿博士說。
        瞄準矽襯底LED技術尋求突破
        雖然我國是LED制造大國,并已進入LED産業的繁榮時期,但繁榮背後卻是多數企業和資本的低效率。歸結原因,主要是我國90%以上的LED生産企業均在跟蹤模仿國外的技術,大部分企業缺少核心專利技術及品牌,同質化嚴重,通過拼價格、拼規模、拼投資,在中低端照明市場掙紮。
        一邊是日本的藍寶石襯底,一邊是美國的碳化矽襯底,市場布滿了LED巨頭精心埋下的專利地雷,如何在重重夾擊和壟斷中突出重圍另辟新徑?江風益教授的研發團隊從2003年開始,就瞄準了矽襯底LED技術。
        據了解,矽作爲一種襯底材料,與藍寶石和碳化矽相比,具有低成本、大尺寸、高質量、能導電等優點,被認爲是業界夢寐以求的生長氮化镓藍光LED的襯底材料。采用矽襯底技術的LED芯片散熱好,産品抗靜電性能好、壽命長,可承受的電流密度高,适用于大功率LED照明,且由于矽芯片的單面出光,光指向性好、光品質好的特點,使其在LED手機閃光燈、汽車照明、高端室内照明等對光品質及方向性要求更高的領域極具優勢。
        “南昌創造的矽襯底LED技術誕生,相當于在全球範圍發明了一種新的光源,改變了全球LED産業格局,使得中國擁有了國際上第三條LED照明技術路線。”江風益教授告訴記者,矽襯底LED技術使我國這一産業從根本上避開了與藍寶石襯底、碳化矽襯底兩條技術路線發生專利糾紛。
        攻克世界難題點亮“中國芯”
        “我們開始做的時候,美國IBM公司30年前就做了,IBM是一個世界性的公司,他們有的是人力物力财力去做這件事,但沒有做成,放棄了。在這種情況下,我們把這個技術撿過來,繼續做。”江風益教授說。
        在矽上制備高光效GaN基LED一直是學術界夢寐以求的目标。然而由于矽和GaN巨大的晶格失配和熱失配導緻的外延膜龜裂、晶體質量差,以及襯底不透明導緻的出光效率低等問題長期未能解決,緻使業界普遍認爲,在矽上制備高光效GaN基LED是不可能的事,矽襯底GaN基LED路線幾乎被判“死刑”。
        經過數千次實驗,南昌矽襯底LED項目技術研發團隊終于在國際上率先攻克了這一世界難題。同時,在晶能光電每年8000萬元以上研發經費的推動下,所生産的矽襯底LED産品各項指标在同類研究中均處于國際領先水平,并與前兩條技術路線持平。目前,晶能光電圍繞矽襯底LED技術已經申請或擁有國際國内專利330多項,已授權專利147項,其中國際專利47項。
        “當時國内外幾十家在做,我們比較幸運,從跟蹤到跨越,很快就突破了裏面的關鍵技術,突破了人家30多年沒有解決的問題。”江風益教授說。從2003年開始,經過一年多技術攻關,矽襯底LED取得突破性進展,開發了矽襯底氮化镓基LED材料與器件技術;2005年實驗室出産品,點亮中國“芯”,打破日美壟斷,形成全球LED技術三足鼎立局面。
        影響
        技術創新打破國外企業對高端市場壟斷
        我國LED産業目前存在“大而不強”的缺陷,盡管企業數量衆多,但競争力較弱。歸根結底,企業要靠内在的技術創新,通過内涵增長,才能真正做強。
        江風益教授和晶能光電CEO王敏進行了一條尋找資金把實驗室裏的項目進行産業化的道路,成立由金沙江創投、亞太資源、Mayfield、淡馬錫等多家著名的投資機構共同投資的晶能光電(江西)有限公司,緻力于打造我國具有自主知識産權的矽襯底照明LED産業鏈,形成核心競争力。打破國外企業對高端市場的壟斷,成爲我國LED産品進入高端市場的突破口。
        作爲目前爲止全球唯一一家量産矽襯底LED芯片的廠家,晶能光電不斷優化工藝,提升産品性能,生産的矽襯底大功率LED芯片性能與國際主流廠商相當,并成爲大中華區最大的大功率LED芯片和大功率陶瓷封裝LED生産廠家。
        自2012年以來,晶能光電開啓了“逆襲”之勢,在國内大部分LED企業利潤嚴重下滑的市場背景下,保持30%的毛利,銷售收入連續三年近100%的增長。2012年開始滿産滿銷,2013年收入3300萬美元,2014年6099萬美元。
        目前以矽襯底LED技術爲基礎,以晶能光電爲核心,通過産業鏈上、中、下遊垂直整合,在全國已形成擁有12家企業的矽襯底LED産業鏈,初具集群規模,輻射帶動效應明顯。2014年全産業鏈實現産值20億元,2015年預計可達50億元,未來三年可形成百億産值規模。
        實現我國LED産業“引進來”和“走出去”
        如今,矽襯底LED技術也成爲我國LED産業對外合作的窗口,實現我國LED産業“引進來”和“走出去”。據介紹,全球LED産業已進入大整合時期,國外優秀的LED企業或有品牌,或有渠道,或有專利技術,或有人才,我國LED企業應積極将這些企業引進來“爲我所用”。
        2015年,晶能光電股東金沙江GOScale并購基金牽頭,在晶能光電的支持下,聯合中國投資有限責任公司、南昌工業控股集團有限公司、亞太資源開發投資有限公司等組成的财團,在江西省委省政府、南昌市委市政府的大力支持下,成功收購飛利浦LUMILEDS(亮銳)80.1%的股權,交易價值約33億美元。
       與此同時,随着我國“一帶一路”戰略深入實施,沿線國家的LED照明市場對我國LED企業來說是一個重大機遇。但同時,産品專利問題将突顯。矽襯底LED應用産品可爲出口企業免除專利糾紛的困擾,爲出口保駕護航。
       當前,江西省委、省政府正在實施創新驅動發展戰略,作出了打造“南昌光谷”、發展LED全産業鏈的決策部署,南昌LED産業迎來了曆史性發展契機,晶能光電作爲核心企業将在其中發揮龍頭和領頭羊的作用。
 
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